运维新手入门——BIOS和UEFI的启动项

先插一句话，现在很多人用UEFI BIOS这个称呼。这里为了区分：

BIOS一律指传统BIOS，

UEFI BIOS一律称呼为UEFI。

UEFI下的BIOS设置，一律称为UEFI设置。

写这篇的原因

一直就想写这个，因为自己折腾Hackintosh。

最初BootThink，后来Chameleon，现在Clover。

每次接触新玩意，都要纠结好久的“安装”问题：

我这个磁盘默认BootThink启动，我想重装Windows，会覆盖引导，怎么办。

BootThink要求启动分区是NTFS，这是什么鬼要求？想换个Kext还得重启回Windows？

这个Chameleon太老了，我想换新版本，直接替换ISO么？

听说了个叫XPCBoot的东西，那是什么玩意？教程怎么只给了一个装Duet的工具？Efildr20这个文件在哪下载？

这个什么iBoot，听说用这个的Hackintosh能打开BootCamp助理？但我怎么启动到了一个类似于BIOS设置的地方？

我这个老华硕装了Clover怎么启动不了？黑屏卡在那？屏幕只有一个6？

哇，这个老电脑平均一万次才能进Clover一次，怎么启动个Clover就要二十分钟？

新电脑支持了UEFI，终于能用Clover了！这个神马MBR、GPT是怎么回事？

教程里把Clover引导做在了U盘上，我怎么能摆脱优盘开机？

………………

直到我搞懂了Clover，直到我搞懂了UEFI，突然觉得：“哇！懂了原理之后，这些玩意一点都不难啊！”

嗯。上面是根因。

诱因是前几天有人问了我上面的加粗的那个问题。

其实这篇文章，也适合以下用户：

重装Windows，提示我什么MBR、GPT，不让装？

我想装个Linux，但我希望默认还是Windows。

我想重装Windows，可是我开机不再默认Grub，怎么回Linux？

“Windows无法定位现有分区，也无法。。。。。”

我电脑好几个磁盘，我把Windows装到了磁盘2上，怎么开机我在UEFI里选磁盘二开不开？

装Windows时候听说有个什么操作能装在VHD上？

那个什么EFI分区是干嘛的？

UEFI的启动U盘为啥非得FAT32？

不需要第三方工具就能做UEFI下的Windows安装盘？

以前我一直装Ghost版的Windows，UEFI之后真的没法Ghost了么？

我电脑是UEFI的，想装Linux，但我手头没优盘，听说也能搞定？

标题说是科普，可是我可能会习惯性的啰嗦技术细节。我尽量科普吧。

先说传统BIOS吧

一句话概括：BIOS只认识设备，不认识分区、不认识文件。

BIOS启动的时候，按照CMOS设置里的顺序，挨个存储设备看：（此处不讨论PXE和光盘）

这个存储设备的前512字节是不是以0x55 0xAA结尾？

不是，那就跳过。找下一个设备。

是的话，嗯，这个磁盘可以启动，加载这512字节里的代码，然后执行。

执行之后，后面的事，几乎就跟BIOS没啥关系了。

就是这样。

至于后面启动什么系统，取决于这512字节里存了谁家的代码。这个代码是各家的系统安装程序写进去的，目的是启动自家系统。

比如你装（或者重装）了Windows，这里面就变成了Windows的启动代码。

比如你装（或者重装）了Linux，这里面就会变成Grub的启动代码。

顺便这512字节包含了MBR分区表的信息。但是有人可能注意到，上面半句没提“系统装在哪个分区上了”，硬盘有几个分区。

其实BIOS并不认识分区表。哪怕磁盘上没有分区表，没分过区，只要前512字节有0x55 0xAA的结尾，有合适的引导代码，也是能启动的。

然后说UEFI

（此处只讨论民用64位架构下的UEFI。）

一句话概括，UEFI认识设备，还认识设备ROM，还认识分区表、认识文件系统以及文件。

UEFI启动的时候，经过一系列初始化（SEC、CAR、DXE什么的，SEC、CAR你们不需要懂。下一节里会说DXE阶段是干嘛的）

然后按照设置里的顺序，找启动项。启动项分两种，设备启动项和文件启动项：

·文件启动项，大约记录的是某个磁盘的某个分区的某个路径下的某个文件。对于文件启动项，固件会直接加载这个EFI文件，并执行。类似于DOS下你敲了个win.com就执行了Windows 3.2/95/98的启动。文件不存在则失败。

·设备启动项，大约记录的就是“某个U盘”、“某个硬盘”。（此处只讨论U盘、硬盘）对于设备启动项，UEFI标准规定了默认的路径“\EFI\Boot\bootX64.efi”。UEFI会加载磁盘上的这个文件。文件不存在则失败。

就是这样。

至于这个EFI文件会干嘛，主板是不管的。

但是随着Windows8.x，以及UEFI标准2.x，推出了一个叫做SecureBoot的功能。开了SecureBoot之后，主板会验证即将加载的efi文件的签名，如果开发者不是受信任的开发者，就会拒绝加载。

比如CloverX64.efi就好像没有签名。

UEFI的DXE与磁盘上的文件

一个磁盘分区，要格式化之后，才能往里存文件，格式化的时候，又能选择不同的文件系统。

比如Win10可以选FAT32、NTFS、exFAT、ReFS几种，Linux可以选ext2、ext3、ext4、FAT32等，macOS可以选FAT32、HFS+、APFS、exFAT几种。

其实每个操作系统，都会有文件系统驱动，然后才能读取某种文件系统。

比如Windows带了上述四种文件系统等驱动，Linux带了FAT32、ext等文件系统等驱动，macOS带了上述四种驱动以及NTFS等只读驱动。

设备也是一样的。

原版的WinXP只带了IDE驱动，没有SATA驱动；原版Win7只带了IDE和SATA驱动，没带NVMe驱动；Win8/Win10则带了IDE/SATA和NVMe三种驱动；macOS10.12带了SATA驱动以及苹果专用NVMe磁盘的驱动；macOS10.13带了SATA和标准NVMe驱动。

UEFI作为一个模糊了固件和操作系统界限的东西，作为一个设计之初就考虑到了扩展性的东西，它也是有驱动程序的。启动过程中的DXE阶段，全称叫Driver eXecution Environment，就是加载驱动用的。

首先各种PCI-E的设备，比如显卡，比如PCI-E的NVMe固态硬盘，都有固件。

其中支持UEFI的设备，比如10系列的Nvidia显卡，固件里就会有对应的UEFI的驱动。

题外话：浦科特的NVMe固态硬盘，UEFI版固件是没有那个丑丑丑的Logo的哦。那个丑丑丑丑的Logo是浦科特的BIOS版（Legacy版）固件。它被加载是因为主板默认为了兼容性，“StorageOptionROM”选项默认是Legacy的。改成UEFI，就见不到那个丑丑丑丑丑的浦科特Logo页了。

UEFI启动后，进入了DXE阶段，就开始加载设备驱动，然后UEFI就会有设备列表了。

对于其中的磁盘，UEFI会加载对应的驱动解析其中的分区表（GPT和MBR）。然后UEFI就会有所有分区的列表了。然后UEFI就会用内置的文件系统驱动，解析每个分区。然后UEFI就会认识分区里的文件了。比如“\EFI\Boot\bootX64.efi”。

作为UEFI标准里，钦定的文件系统，FAT32.efi是每个主板都会带的。所有UEFI的主板都认识FAT32分区。这就是UEFI的Windows安装盘为啥非得是FAT32的。

除此之外，苹果的主板还会支持hfs分区。如果某天Linus Torvalds推出了主板，我猜这主板一定会带EXT4.efi，哈哈哈哈哈。

如同Windows可以安装驱动一样，UEFI也能在后期加载驱动。

比如CloverX64.efi启动之后，会加载\EFI\Clover\drivers64UEFI下的所有驱动。包括VboxHFS.efi等各种efi。网上你也能搜到NTFS.efi。

再比如，UEFIShell下，你可以手动执行命令加载驱动。

题外话：一个没收钱的“广告”，我真的好喜欢Paragon这个公司啊。推出了NTFS for Mac、HFS for Windows、ExtFS for……等一套文件系统驱动啊，我买了好几份。后来看到这公司还推出了UEFI版的文件系统驱动合集，好想搞一套，但可惜这玩意只卖给主板厂商。

再插句嘴，Apple随着macOS10.13推出了APFS，很良心的放出了apfs.efi，广大Hackintosh用户的福音啊，把这玩意放进Clover里就能识别APFS分区里的HighSierra了！

说说EFI系统分区

UEFI规范里，在GPT分区表的基础上，规定了一个EFI系统分区（EFI System Partition，ESP），ESP要格式化成FAT32，EFI启动文件要放在“\EFI\<厂商>”文件夹下面。

比如Windows的UEFI启动文件，都在“\EFI\Microsoft”下面。

比如Clover的东西，全都放在“\EFI\Clover”下面。

但是Apple比较特殊，它的主板直接去HFS/APFS分区找启动文件。然而即便如此，Mac的ESP里还是会有一堆Apple的文件。

Macbook上的ESP分区里的“\EFI\Apple”文件夹

说正事，上面“写这篇文章的原因”里加粗的那个问题。

根据UEFI标准里说的，你可以把优盘里的“\EFI\Clover”文件夹，拷贝到硬盘里的ESP对应的路径下。然后把“\EFI\Clover\CloverX64.efi”添加为UEFI的文件启动项就行了。

Windows的BCD命令，其实也可以添加UEFI启动项，然而我没搞懂怎么弄。我更喜欢用EasyUEFI来搞这些操作。但是免费版的EasyUEFI不支持企业版Windows哦～某些Win10用户要被拒之门外了。

这一节的最后，再说说“\EFI\Boot”这个文件夹。这个文件夹，放谁家的程序都行。无论是“\EFI\Microsoft\Boot\Bootmgfw.efi”，还是“\EFI\Clover\CloverX64.efi”，只要放到“\EFI\Boot”下并且改名“bootX64.efi”，就能在没添加文件启动项的情况下，默认加载对应的系统。

举个例子：一个U盘，你想做成Windows安装盘+Hackintosh安装盘，该怎么做？

你划分俩分区，第一个分区格式化成FAT32，第二个分区HFS+。

苹果系统下把第二个分区做成安装盘。苹果启动盘做好了。

把Windows的ISO镜像里的文件拷贝到第一个分区。Windows安装盘做好了。

然后Clover拷贝到第一个分区的“\EFI\Clover”文件夹下。Clover的东西也做好了。

最后，怎么让这个U盘插到任何电脑上都默认启动Clover呢？答案是，把“\EFI\Boot”下的“bootX64.efi”换成Clover的就可以了。那个文件夹放谁家的efi文件，都要改名“bootX64.efi”哦。

嗯，这一节就写到这吧。

Windows 8/8.1/10在UEFI和BIOS下，各种启动文件的顺序

BIOS下：

MBR->PBR->bootmgr->WinLoad.exe

按照前文说的，BIOS加载某个磁盘MBR的启动代码，这里特指Windows的引导代码，这段代码会查找活动分区（BIOS不认识活动分区，但这段代码认识活动分区）的位置，加载并执行活动分区的PBR（另一段引导程序）。

Windows的PBR认识FAT32和NTFS两种分区，找到分区根目录的bootmgr文件，加载、执行bootmgr。

bootmgr没了MBR和PBR的大小限制，可以做更多的事。它会加载并分析BCD启动项存储。而且bootmgr可以跨越磁盘读取文件了。所以无论你有几个磁盘，你在多少块磁盘上装了Windows，一个电脑只需要一个bootmgr就行了。bootmgr会去加载某磁盘某NTFS分区的“\Windows\System32\WinLoad.exe”，后面启动Windows的事就由WinLoad.exe来完成了。

重点来了，为什么图中有两组虚线？

因为“启动磁盘”和“装系统的磁盘”可以是同一个磁盘，也可以不是同一个。“启动分区”和“系统分区”可以是不同磁盘的不同分区，也可以是相同磁盘的不同分区，也可以是同一个分区。

这就解释了，为什么，有的时候，Windows装在磁盘2上，却要在BIOS里选磁盘0启动了。

因为bootmgr可能在磁盘0上。

UEFI下：

UEFI固件->bootmgfw.efi->WinLoad.efi

根据前文说的，UEFI启动项分为文件启动项和设备启动项。

通常情况：主板UEFI初始化，然后找到了默认启动项“Windows Boot Manager”。里面写了bootmgfw.efi的位置。固件加载bootmgfw.efi。bootmgfw.efi根据BCD启动项存储，找到装Windows的磁盘的具体分区，加载其中的WinLoad.efi。由WinLoad.efi完成剩下的启动工作。

其中的虚线，根上面的一样，意思是，Windows启动盘和EFI启动盘，可以是一个硬盘，也可以是不同的硬盘。所以对于UEFI来说，启动盘是bootmgfw.efi所在的那个盘。

回答一下上面列出的几个问题

以前我一直装Ghost版的Windows，UEFI之后真的没法Ghost了么？

并不是不能Ghost了。但是传统的Ghost盘，都是只Clone了C盘，没有考虑到“UEFI下，启动盘是ESP分区，跟Windows不是同一个分区”的事。

其次，Ghost备份，并不能备份分区的GUID。还原之后，ESP分区里的BCD中记录的Windows在“某某GUID的分区上”，就可能找不到对应的GUID了。这时候，需要用bcdedit命令，或者BCDBoot命令，修改BCD存储。鉴于目前的Ghost盘，很少基于DOS了，如果是基于WinPE的，bcdedit命令和bcdboot命令都是已经内置了的。只要制作者在批处理文件里，在Ghost之后，调用bcdedit命令改一下bcd配置就行了。

而且，即使没Ghost备份ESP分区，你依然可以用bcdboot命令来生成ESP分区的内容。同样，在WinPE下，批处理文件里，Ghost还原之后，使用BCDBoot命令生成启动文件就行了。

总结一下，Ghost还原Windows分区之后，调用BCDBoot配置启动项即可。

“Windows无法定位现有分区，也无法。。。。。”

这种报错信息，如果是在UEFI模式下，一般是因为，你有多块硬盘，而且超过一块硬盘上，有ESP分区。只要把不想用的ESP分区删掉，或者拔掉对应的硬盘，保证装Windows的时候，只有一个硬盘上有ESP分区，即可。

如果实在做不到，考虑用DISM.exe安装Windows吧。Win7的DISM.exe真的太弱了。尽量用Win10安装盘或者Win10PE里的DISM.exe。

不需要第三方工具就能做UEFI下的Windows安装盘？

确实啊，根据上文说的，U盘，格式化成FAT32，然后把Windows安装盘的ISO里面的东西拷贝到U盘就行了。（适用于Win8/8.1/10以及WinServer2012/2012R2/2016。WinVista x64/Win7x64以及WinServer2008x64/2008R2需要额外操作，WinVista x86/Win7x86/WinServer2008x86不支持UEFI）

打开这个Windows安装盘，这个ISO（截图的版本较老，自行忽略）

打开之后，是这四个文件夹、四个文件，拷贝到优盘。

我电脑是UEFI的，想装Linux，但我手头没优盘，听说也能搞定？

对啊对啊，搞个FAT32的分区，把Linux安装盘的iso镜像里面的文件拷贝进去，然后在Windows下，用工具给那个分区的BOOTx64.efi，添加为UEFI文件启动项，开机时候选那个启动项，就能启动到Linux安装盘了。下面示意图是Ubuntu的。记得查看一下你的Linux支不支持SecureBoot哦！如果你要装的Linux不支持SecureBoot，记得关掉主板的SecureBoot设置哦。

Ubuntu安装盘ISO镜像内的UEFI启动文件。

我想装个Linux，但我希望默认还是Windows。

我想重装Windows，可是我开机不再默认Grub，怎么回Linux？

如果是UEFI模式，那就跟之前一样，改启动项顺序就行了。

如果是传统BIOS的，要么用bootsect.exe把MBR改成Windows的。要么用工具把MBR刷成Grub的。也可以考虑Linux下用dd命令备份MBR的前446字节，到时候再还原回去。

重装Windows，提示我什么MBR、GPT，不让装？

这个就是Windows安装程序的限制了。BIOS模式下的Windows只允许被装在MBR分区表下面。UEFI模式下的Windows只允许被装在GPT分区下。但事实上，MBR分区表，也能启动UEFI模式下的Windows。

嗯，就说到这吧。